DE102021119594B4

DE102021119594B4 - tempering system

Info

Publication number: DE102021119594B4
Application number: DE102021119594.2A
Authority: DE
Inventors: Jonas Kniel; Michael Heilmann; Marco Grethel; Peter Biegert
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-07-28
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2041-07-29
Also published as: DE102021119594A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem, insbesondere für ein zumindest teilweise elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug, und ein Temperierungssystem, welches das elektrische Antriebssystem umfasst.Das elektrische Antriebssystem (1) umfasst wenigstens eine mit einer Kühlflüssigkeit (2) kühlbare elektrische Antriebsmaschine (10) sowie einen strömungstechnisch mit der elektrischen Antriebsmaschine (10) verbundenen Wärmeübertrager (20), wobei das elektrische Antriebssystem (1) weiterhin eine Umschalteinrichtung (40) aufweist, mit der die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit (2) im Strömungspfad (15) zwischen dem Wärmeübertrager (20) und der elektrischen Antriebsmaschine (10) umschaltbar ist.Mit dem hier vorgeschlagenen elektrischen Antriebssystem sowie mit dem Temperierungssystem werden Einrichtungen zur Verfügung gestellt, mit denen in flexibler Weise optimale Temperaturbereiche einer elektrischen Antriebsmaschine und/ oder angeschlossener Aggregate zwecks deren effizienter Betriebsweise erreichbar sind.The invention relates to an electric drive system, in particular for a motor vehicle that can be driven at least partially by an electric motor, and a temperature control system that includes the electric drive system. The electric drive system (1) includes at least one electric drive machine (10) that can be cooled with a coolant (2) and a fluidic heat exchanger (20) connected to the electric drive machine (10), the electric drive system (1) also having a switching device (40) with which the direction of flow of the coolant (2) in the flow path (15) between the heat exchanger (20) and the electric drive machine (10) can be switched. With the electric drive system proposed here and with the temperature control system, devices are made available with which optimum temperature ranges for an electric drive machine and/or connected units can be achieved in a flexible manner for the purpose of efficient operation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Temperierungssystem, welches ein elektrisches Antriebssystem umfasst, insbesondere für ein zumindest teilweise elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug.The invention relates to a temperature control system that includes an electric drive system, in particular for a motor vehicle that can be driven at least partially by an electric motor.

Je nach Leistungsbereich bzw. Anwendungsfall ist es oftmals notwendig, in elektrischen Maschinen durch verschiedene Verluste entstehende Wärme durch eine effektive Kühlung abzuführen. Die Kühlung sorgt dafür, dass kritische Temperaturen, welche zu Beschädigungen an Materialien und Komponenten führen könnten, vermieden werden. Darüber hinaus trägt die Kühlung zur Verbesserung des Wirkungsgrads der elektrischen Maschine bei, da insbesondere der ohmsche Widerstand in elektrischen Leitern stark temperaturabhängig ist, wodurch bei höheren Temperaturen die Leistungsverluste zunehmen.Depending on the power range or application, it is often necessary to dissipate heat generated by various losses in electrical machines through effective cooling. The cooling ensures that critical temperatures, which could lead to damage to materials and components, are avoided. In addition, the cooling contributes to improving the efficiency of the electrical machine, since the ohmic resistance in electrical conductors in particular is highly temperature-dependent, which means that the power losses increase at higher temperatures.

Die Kühlung einer elektrischen Rotationsmaschine findet dabei üblicherweise weitgehend im Stator statt. Dabei wird Wärme von der Drahtspule an das umgebende Gehäuse bzw. an den Statorkörper selbst und/ oder umgebende Luft abgegeben.The cooling of an electrical rotary machine usually takes place largely in the stator. In the process, heat is dissipated from the wire coil to the surrounding housing or to the stator body itself and/or the surrounding air.

Insbesondere bei elektrischen Maschinen, welche eine hohe Drehmoment- bzw. Leistungsdichte aufweisen, reicht eine Oberflächenkühlung mit Wärmeabgabe an die umgebende Luft oftmals nicht aus, so dass eine Kühlung durch ein Kühlfluid erforderlich ist. Als Kühlfluide können prinzipiell Öle, Wasser bzw. Wassergemische wie z. B. Wasser-Glykol, aber auch dielektrische Flüssigkeiten zum Einsatz kommen.In the case of electrical machines in particular, which have a high torque or power density, surface cooling with heat dissipation to the surrounding air is often not sufficient, so that cooling with a cooling fluid is required. In principle, oils, water or water mixtures such as e.g. B. water-glycol, but also dielectric liquids are used.

Es ist jedoch auch der Einsatz von gasförmigen Medien, wie zum Beispiel auch Luft, als Kühlmedium nicht ausgeschlossen.However, the use of gaseous media, such as air, as a cooling medium is not excluded.

Mittels einer Flüssigkeits-Kühlung kann eine elektrische Antriebsmaschine sehr effizient gekühlt werden und die Temperatur im Bereich eines optimalenBy means of liquid cooling, an electric drive machine can be cooled very efficiently and the temperature is in the optimal range

Betriebspunktes gehalten werden, sodass keine Leistungsreduzierung auf Grund von Überhitzung auftritt.Operating point are maintained, so that there is no reduction in performance due to overheating.

Des Weiteren eröffnet diese Art der Kühlung auch die Möglichkeit, von der elektrischen Antriebsmaschine zur Verfügung gestellte Wärme weiteren Aggregaten zur Verfügung zu stellen, wie zum Beispiel einem Getriebe, einer Traktionsbatterie, einer Brennstoffzelle oder auch einer Klimatisierungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere im kalten Zustand. Entsprechend muss geringerer energetischer Aufwand betrieben werden, um derartige Aggregate zu erwärmen, so dass letztendlich elektrische Energiespeicher geringer dimensioniert werden können oder aber auch entsprechend ausgestattete Kraftfahrzeuge eine größere Reichweite erreichen.Furthermore, this type of cooling also opens up the possibility of making heat provided by the electric drive machine available to other units, such as a transmission, a traction battery, a fuel cell or an air conditioning system of a motor vehicle, especially when cold. Correspondingly, less energetic effort has to be made to heat such aggregates, so that ultimately electrical energy stores can be dimensioned smaller or motor vehicles that are equipped accordingly can also achieve a greater range.

Oftmals wird zur Nutzung von von der elektrischen Antriebsmaschine freigesetzter Wärme ein Wärmetauscher eingesetzt. Dieser Wärmetauscher hat beispielsweise die Aufgabe, die von der elektrischen Antriebsmaschine an Kühlflüssigkeit abgegebene Wärme an ein Wasser-Glykol-Gemisch in einen Fahrzeugkühlkreislauf weiter zu geben. Dabei ist der Wärmetauscher üblicherweise im Strömungspfad vor der elektrischen Antriebsmaschine angeordnet, sodass diese mit gekühlten Kühlfluid versorgt wird und derart vor Überhitzung geschützt bzw. effektiv gekühlt wird.A heat exchanger is often used to utilize the heat released by the electric drive machine. This heat exchanger has the task, for example, of passing on the heat given off by the electric drive machine to coolant to a water-glycol mixture in a vehicle cooling circuit. The heat exchanger is usually arranged in the flow path in front of the electric drive machine, so that it is supplied with cooled cooling fluid and is thus protected from overheating or effectively cooled.

In dieser Ausführungsform ist meist vorgesehen, dass die Kühlflüssigkeit, nachdem sie die elektrische Antriebsmaschine durchströmt hat, in einen Sumpf bzw. in ein Reservoir gerät, von welchem sie wieder dem Wärmetauscher zugeführt werden kann. Auf diese Weise kann in der beschriebenen herkömmlichen Ausführungsform von der elektrischen Maschine abgegebene Wärme dem Wärmetauscher zugeführt werden und von diesem auf andere Aggregate übertragen werden. Nachteilig daran ist jedoch, dass die Kühlflüssigkeit eine lange Strecke zurücklegen muss, bevor sie zum Wärmetauscher gelangt, und derart bereits Wärme verliert.In this embodiment, it is usually provided that the cooling liquid, after it has flowed through the electric drive machine, gets into a sump or into a reservoir, from which it can be fed back to the heat exchanger. In this way, in the conventional embodiment described, heat given off by the electric machine can be fed to the heat exchanger and transferred from it to other units. The disadvantage of this, however, is that the cooling liquid has to cover a long distance before it reaches the heat exchanger, and in this way it already loses heat.

Elektrische Antriebsmaschinen mit Flüssigkeitskühlung sind aus unterschiedlichen Veröffentlichungen bekannt. Die DE 102019122469 A1 offenbart eine Statorkühlung, bei der in einem Stator einer elektrischen Maschine durch einen Abstandshalter ein definierter Abstand zwischen elektrischem Leiter von Wicklungen und einem Blechpaket in Nuten des Stators gewährleistet wird. Der so erhaltene Zwischenraum dient als Strömungspfad für ein Kühlmittel.Electric drive machines with liquid cooling are known from various publications. The DE 102019122469 A1 discloses a stator cooling system in which, in a stator of an electrical machine, a spacer ensures a defined spacing between electrical conductors of windings and a laminated core in slots of the stator. The space thus obtained serves as a flow path for a coolant.

Die DE 102015013018 A1 lehrt einen Stator für eine elektrische Maschine, umfassend einen ringförmigen Statorkörper mit mehreren radial von einer ringförmigen Grundform abstehenden Statorzähnen, die in Umfangsrichtung zwischen jeweils zwei der Statorzähne eine Aufnahme für Wicklungen jeweils wenigstens einer Spule ausbilden, und mehrere Spulen, deren Wicklungen jeweils wenigstens einen der Statorzähne umlaufen. Der Stator weist weiterhin ein Statorgehäuse auf, das für sich genommen oder gemeinsam mit dem Statorkörper ein von Kühlmittel durchströmbares Kühlvolumen abgesehen von wenigstens einem Kühlmittelzufluss und wenigstens einem Kühlmittelabfluss vollständig umschließt, wobei das Kühlvolumen zumindest die Spulen einschließt, wobei das Statorgehäuse vollständig oder in mehreren Feldführungsbereichen paramagnetisch und/oder ferromagnetisch ist.The DE 102015013018 A1 teaches a stator for an electrical machine, comprising an annular stator body with a plurality of stator teeth projecting radially from an annular basic shape, which form a receptacle for windings of at least one coil in each case in the circumferential direction between two of the stator teeth, and a plurality of coils, the windings of which have at least one of the rotate the stator teeth. The stator also has a stator housing which, taken alone or together with the stator body, completely encloses a cooling volume through which coolant can flow, apart from at least one coolant inflow and at least one coolant outflow, the cooling volume enclosing at least the coils, the stator housing being completely or is paramagnetic and/or ferromagnetic in several field control areas.

Die DE 102015220852 A1 lehrt eine elektrische Maschine mit mehreren Phasenleitern, an denen jeweils Spulenwicklungen der elektrischen Maschine elektrisch angeschlossen sind, und mit elektronischen Bauelementen einer Leistungselektronik zur Bereitstellung einer Hochspannung für die elektrische Maschine, wobei die elektronischen Bauelemente jeweils über eine Phasenanschlussleitung mit einem der Phasenleiter der elektrischen Maschine elektrisch verbunden sind, wobei die Phasenanschlussleitungen durch einen in ein Gehäuse der elektrischen Maschine führenden Kabelkanal verlaufen, wobei eine Kühlkanalverbindung zwischen einem Kühlkanal der elektrischen Maschine und einem Kühlkanal der Leistungselektronik vorgesehen ist.The DE 102015220852 A1 teaches an electrical machine with a plurality of phase conductors, to which coil windings of the electrical machine are electrically connected, and with electronic components of power electronics for providing high voltage for the electrical machine, the electronic components each being electrically connected to one of the phase conductors of the electrical machine via a phase connection line are connected, the phase connection lines running through a cable duct leading into a housing of the electrical machine, a cooling duct connection being provided between a cooling duct of the electrical machine and a cooling duct of the power electronics.

Der gemeinsame Kühlkanal kann Teil eines Kühlkreises sein, der eine Kühlpumpe umfasst, die Öl aus dem Getriebe ansaugt und zum Kühlen in den gemeinsamen Kühlkanal fördert. Dabei kann der gemeinsame Kühlkanal nach Durchlaufen der elektrischen Maschine in dem Getriebe münden.The common cooling channel can be part of a cooling circuit that includes a cooling pump that draws in oil from the transmission and pumps it into the common cooling channel for cooling. In this case, the common cooling duct can open into the transmission after passing through the electric machine.

In der JP2016149900A ist ein Kühlungssystem für eine elektrische Antriebsmaschine offenbart, bei der ein Stator einer elektrischen Antriebsmaschine strömungstechnisch mit einem Wärmetauscher verbunden ist, zwecks Kühlung der elektrischen Antriebsmaschine. Das Kühlungssystem umfasst eine Schalteinrichtung, mit der in Abhängigkeit des Kühlfluid-Drucks von einem definierten Druckbereich Ventile geöffnet und geschlossen werden können, um derart das Kühlfluid entlang unterschiedlicher Strömungspfade strömen zu lassen und derart die Kühlung unterschiedlicher Bereiche der elektrischen Antriebsmaschine zu realisieren.In the JP2016149900A discloses a cooling system for an electric drive machine in which a stator of an electric drive machine is fluidly connected to a heat exchanger for the purpose of cooling the electric drive machine. The cooling system includes a switching device with which valves can be opened and closed as a function of the cooling fluid pressure from a defined pressure range in order to allow the cooling fluid to flow along different flow paths and thus to cool different areas of the electric drive machine.

Elektrische Antriebsmaschinen erreichen den höchsten Wirkungsgrad in einem jeweils definierten Temperaturfenster. Entsprechend wirkt sich ein Kaltstart einer elektrischen Antriebsmaschine hinsichtlich der Effizienz unvorteilhaft aus, insbesondere bei tiefen Umgebungstemperaturen. Zudem besteht in dieser Situation oftmals auch die Anforderung, andere Aggregate in der Nähe der elektrischen Antriebsmaschine, wie zum Beispiel Heizeinrichtungen oder auch Fahrgastzellen von Kraftfahrzeugen, ebenfalls zu erwärmen.Electrical drive machines achieve the highest level of efficiency within a defined temperature window. Accordingly, a cold start of an electric drive machine has an unfavorable effect in terms of efficiency, particularly at low ambient temperatures. In addition, in this situation there is often also a requirement to also heat up other units in the vicinity of the electric drive machine, such as heating devices or passenger compartments of motor vehicles.

Aus der JP 2018-93 587 A ist ein elektrisches Antriebssystem bekannt, umfassend wenigstens eine mit einer Kühlflüssigkeit kühlbare elektrische Antriebsmaschine sowie einen strömungstechnisch mit der elektrischen Antriebsmaschine verbundenen Wärmeübertrager, wobei das elektrische Antriebssystem eine Umschalteinrichtung aufweist, mit der die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit im Strömungspfad zwischen dem Wärmeübertrager und der elektrischen Antriebsmaschine umschaltbar ist.From the JP 2018-93 587 A an electric drive system is known, comprising at least one electric drive machine that can be cooled with a cooling liquid and a heat exchanger fluidically connected to the electric drive machine, wherein the electric drive system has a switching device with which the flow direction of the cooling liquid in the flow path between the heat exchanger and the electric drive machine can be switched over .

Aus der DE 101 46 313 A1 ist ein zu temperierendes Aggregat bekannt, das strömungstechnisch mit einem Wärmeübertrager verbunden ist.From the DE 101 46 313 A1 a unit to be tempered is known which is fluidically connected to a heat exchanger.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein ein Temperierungssystem für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, mit dem in flexibler Weise optimale Temperaturbereiche einer elektrischen Antriebsmaschine und/ oder angeschlossener Aggregate zwecks deren effizienter Betriebsweise erreichbar sind.Proceeding from this, the object of the present invention is to provide a temperature control system for a motor vehicle with which optimal temperature ranges of an electric drive machine and/or connected units can be achieved in a flexible manner for the purpose of their efficient operation.

Diese Aufgabe wird durch das Temperierungssystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben.This object is achieved by the temperature control system according to claim 1. Advantageous embodiments are specified in subclaims 2-9.

Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.The features of the claims can be combined in any technically meaningful way, with the explanations from the following description and features from the figures also being able to be used for this purpose, which include supplementary configurations of the invention.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Temperierungssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens ein elektrisches Antriebssystem mit wenigstens eine mit einer Kühlflüssigkeit kühlbaren elektrischen Antriebsmaschine, einen strömungstechnisch mit der elektrischen Antriebsmaschine verbundenen Wärmeübertrager und einer Umschalteinrichtung auf, mit der die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit im Strömungspfad zwischen dem Wärmeübertrager und der elektrischen Antriebsmaschine umschaltbar ist, wobei das Temperierungssystem wenigstens ein zu temperierendes Aggregat aufweist, welches strömungstechnisch mit em Wärmeübertrager derart verbunden ist, dass vom Wärmeübertrager zweites, von der Kühlflüssigkeit erwärmtes Fluid dem zu temperierenden Aggregat zuleitbar ist. Das Temperierungssystem ist insbesondere für ein zumindest teilweise elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug eingerichtet.One aspect of the present invention is a temperature control system for a motor vehicle, comprising at least one electric drive system with at least one electric drive machine that can be cooled with a coolant, a heat exchanger fluidically connected to the electric drive machine, and a switching device with which the flow direction of the coolant in the flow path between the The heat exchanger and the electric drive machine can be switched, the temperature control system having at least one unit to be temperature-controlled, which is fluidically connected to the heat exchanger in such a way that the second fluid, heated by the coolant, can be fed to the unit to be temperature-controlled from the heat exchanger. The temperature control system is set up in particular for a motor vehicle that can be driven at least partially by an electric motor.

Derart kann dieses weitere Aggregat mittelbar mit von der elektrischen Antriebsmaschine abgegebener Wärme erwärmt werden.In this way, this further unit can be heated indirectly with heat emitted by the electric drive machine.

Gegebenenfalls kann das elektrische Antriebssystem auch mehrere elektrische Antriebsmaschinen aufweisen, die seriell oder parallel zueinander angeordnet sind. If necessary, the electric drive system can also have a number of electric drive machines which are arranged in series or in parallel with one another.

Insbesondere ist der Stator der elektrischen Antriebsmaschine mittels der Kühlflüssigkeit kühlbar. Der Wärmeübertrager ist über einen Kühlflüssigkeits-Strömungspfad mit der elektrischen Antriebsmaschine verbunden.In particular, the stator of the electric drive machine can be cooled by means of the coolant. The heat exchanger is connected to the electric drive machine via a coolant flow path.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Stator der elektrischen Antriebsmaschine Nuten zur Aufnahme von Wicklungen von elektrischen Leitern aufweist, die zur Durchströmung von Kühlflüssigkeit eingerichtet sind. Diese Nuten sind ebenfalls an den Strömungspfad strömungstechnisch angeschlossen.In one embodiment, it is provided that the stator of the electric drive machine has grooves for accommodating windings of electrical conductors, which are set up for coolant to flow through. These grooves are also fluidically connected to the flow path.

Der Wärmeübertrager ist dazu eingerichtet, Wärme von der Kühlflüssigkeit auf ein zweites Fluid zu übertragen, welches einem zu temperierenden Aggregat zuleitbar ist.The heat exchanger is set up to transfer heat from the cooling liquid to a second fluid, which can be fed to a unit to be temperature-controlled.

Das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem ermöglicht somit eine bedarfsgerechte Steuerung von Fluiden zum Wärmeabtransport in einer elektrischen Antriebsmaschine, indem die Fluidrichtung je nach Bedarf eingestellt wird.The electric drive system according to the invention thus enables a need-based control of fluids for heat dissipation in an electric drive machine by adjusting the direction of the fluid as needed.

Aufgrund der optimalen Erwärmungsmöglichkeit der elektrischen Antriebsmaschine und/oder der Zurverfügungstellung von Wärme für andere Aggregate lässt sich somit insbesondere bei geringen Außentemperaturen die elektrische Reichweite eines mit dem elektrischen Antriebssystem ausgestatteten Kraftfahrzeugs erhöhen, bei gleichzeitiger Verbesserung thermischer Zustände weiterer Aggregate des Kraftfahrzeugs, bei gleichzeitiger Gewährleistung des Überhitzungsschutzes bzw. der Realisierung des optimalen Temperaturbereichs der elektrischen Antriebsmaschine.Due to the optimal possibility of heating the electric drive unit and/or the provision of heat for other units, the electric range of a motor vehicle equipped with the electric drive system can be increased, especially when outside temperatures are low, while at the same time improving the thermal conditions of other units of the motor vehicle, while at the same time guaranteeing the Overheating protection or the realization of the optimal temperature range of the electric drive machine.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das elektrische Antriebssystem zur Erzeugung von Strömung der Kühlflüssigkeit entlang des Strömungspfades eine Pumpe aufweist.In an advantageous embodiment, it is provided that the electric drive system has a pump for generating a flow of the cooling liquid along the flow path.

Dabei kann die Förderrichtung der Pumpe umkehrbar sein, so dass sie die Funktion der Umschalteinrichtung erfüllt.The delivery direction of the pump can be reversible so that it fulfills the function of the switching device.

In einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Umschalteinrichtung als ein Zweiwegeventil ausgestaltet ist. Als eigentliches Schaltelement kann hier ein Elektromagnet eingesetzt werden, der bei entsprechender Bestromung den Schaltvorgang aktiv initiiert.In an alternative embodiment it is provided that the switching device is designed as a two-way valve. An electromagnet can be used here as the actual switching element, which actively initiates the switching process when it is energized accordingly.

In alternativer Ausführungsform wird eine Wachskartusche in den Strömungspfad integriert, die entsprechend der erhaltenen Wärme zu einer Verflüssigung oder Verfestigung des Wachses erfährt, wodurch in Abhängigkeit vom Aggregatzustand des Wachses passiv eine Schaltung initiiert werden kann.In an alternative embodiment, a wax cartridge is integrated into the flow path, which, depending on the heat received, causes the wax to liquefy or solidify, as a result of which switching can be initiated passively depending on the state of aggregation of the wax.

Eine spezielle Ausführungsform sieht vor, dass die Umschalteinrichtung dazu eingerichtet ist, den Strömungspfad zu sperren. Derart wird erreicht, dass die Kühlflüssigkeit in der elektrischen Antriebsmaschine nicht strömt und somit nicht mittels Wärmeströmung Wärme von der elektrischen Antriebsmaschine abgeführt wird, so dass sich diese im Betrieb schnell erwärmt und entsprechend früh eine optimale Betriebstemperatur erreichen kann. Diese Funktion soll insbesondere zusätzlich zur Umschaltfunktion ausgebildet sein. Des Weiteren ermöglicht diese Ausgestaltung, zu einem frühen Zeitpunkt von der elektrischen Antriebsmaschine zur Verfügung gestellte Wärme in anderen Aggregaten, wie zum Beispiel in einem Getriebe, eher zu nutzen und dieses zu erwärmen und derart dessen Effizienz zu steigern.A special embodiment provides that the switching device is set up to block the flow path. In this way it is achieved that the coolant does not flow in the electric drive machine and thus heat is not dissipated from the electric drive machine by means of heat flow, so that it heats up quickly during operation and can reach an optimal operating temperature correspondingly early. This function should be designed in particular in addition to the switching function. Furthermore, this refinement makes it possible to use heat made available by the electric drive machine at an early point in time in other units, such as in a transmission, and to heat it up and thus increase its efficiency.

Des Weiteren umfasst das elektrische Antriebssystem in einer vorteilhaften Ausführungsform ein Kühlflüssigkeits-Reservoir, welches mit dem Wärmeübertrager und der elektrischen Antriebsmaschine strömungstechnisch verbunden ist. Dieses Kühlflüssigkeits-Reservoir kann auch als Ölsumpf bezeichnet werden, wenn die Kühlflüssigkeit Öl ist.Furthermore, in an advantageous embodiment, the electric drive system comprises a coolant reservoir, which is fluidically connected to the heat exchanger and the electric drive machine. This coolant reservoir can also be referred to as an oil sump if the coolant is oil.

Insbesondere ist vorgesehen, dass der Wärmeübertrager entlang des Strömungspfades zwischen der Pumpe und der elektrischen Antriebsmaschine angeordnet ist, und/ oder dass die elektrische Antriebsmaschine entlang des Strömungspfades zwischen dem Wärmeübertrager und dem Kühlflüssigkeits-Reservoir angeordnet ist.In particular, it is provided that the heat exchanger is arranged along the flow path between the pump and the electric drive machine, and/or that the electric drive machine is arranged along the flow path between the heat exchanger and the coolant reservoir.

Das zu temperierenden Aggregat kann dabei beispielsweise ein Getriebe sein. Alternativ oder hinzukommend ist vorgesehen, dass zu temperierende Aggregat eine Klimatisierungseinrichtung zur Beeinflussung der Temperatur in einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs ist.The unit to be tempered can be a gear, for example. Alternatively or additionally, it is provided that the unit to be tempered is an air conditioning device for influencing the temperature in a passenger compartment of the motor vehicle.

Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in

1: ein elektrisches Antriebssystem einer ersten Ausführungsform in einem ersten Schaltzustand,
2: ein elektrisches Antriebssystem der ersten Ausführungsform in einem zweiten Schaltzustand, und
3: ein elektrisches Antriebssystem einer zweiten Ausführungsform.

The invention described above is explained in detail below against the relevant technical background with reference to the accompanying drawings, which show preferred embodiments. The invention is in no way limited by the purely schematic drawings, it being noted that the exemplary embodiments shown in the drawings are not limited to the dimensions shown. It is shown in

1 : an electric drive system of a first embodiment in a first switching state,
2 : an electric drive system of the first embodiment in a second switching state, and
3 : an electric drive system of a second embodiment.

Zunächst wird das elektrische Antriebssystem 1 der ersten Ausführungsform anhand der 1 und 2 erläutert.First, the electric drive system 1 of the first embodiment based on the 1 and 2 explained.

Dieses umfasst eine elektrische Antriebsmaschine 10, die in einem Strömungspfad 15 einer Kühlflüssigkeit 2 angeordnet ist.This includes an electric drive machine 10 which is arranged in a flow path 15 of a coolant 2 .

Des Weiteren ist im Strömungspfad 15 ein Wärmeübertrager 20 angeordnet, sowie eine Pumpe30, mit der die Kühlflüssigkeit 2 entlang einer Förderrichtung 31 gefördert wird.Furthermore, a heat exchanger 20 is arranged in the flow path 15, as well as a pump 30, with which the cooling liquid 2 is conveyed along a conveying direction 31.

Das in den 1 und 2 dargestellte elektrische Antriebssystem 1 umfasst als Umschalteinrichtung 40 ein Zweiwegeventil 50, welches ebenfalls im Strömungspfad 15 angeordnet ist. Das Zweiwegeventil 50 ist mit einem Elektromagnet 51 als Schaltelement ausgestaltet. Des Weiteren umfasst das elektrische Antriebssystem 1 ein Kühlflüssigkeits-Reservoir 60, welches auch als Ölsumpf bezeichnet wird.That in the 1 and 2 The electric drive system 1 shown comprises a two-way valve 50 as the switching device 40, which is also arranged in the flow path 15. The two-way valve 50 is designed with an electromagnet 51 as a switching element. Furthermore, the electric drive system 1 includes a coolant reservoir 60, which is also referred to as an oil sump.

Die Pumpe 30 ist dafür eingerichtet, Kühlflüssigkeit 2 aus dem Kühlflüssigkeits-Reservoir 60 entlang der Förderrichtung 31 im Strömungspfad 15 zu fördern, sodass die Kühlflüssigkeit 2 über das Zweiwegeventil 50 gefördert wird. In Abhängigkeit der Schaltung des Zweiwegeventils 50 wird die Kühlflüssigkeit 2 über den Wärmeübertrager 20 und die elektrische Antriebsmaschine 10 geleitet. 1 zeigt die Situation, dass von der Pumpe 30 die Kühlflüssigkeit 2 zunächst zu dem Wärmeübertrager 20 geleitet wird und dann vom Wärmeübertrager 20 zur elektrischen Maschine 10 geleitet wird, von der die Kühlflüssigkeit 2 wiederum in das Kühlflüssigkeits-Reservoir 60 geleitet wird.The pump 30 is set up to convey cooling liquid 2 from the cooling liquid reservoir 60 along the conveying direction 31 in the flow path 15 so that the cooling liquid 2 is conveyed via the two-way valve 50 . Depending on the switching of the two-way valve 50, the coolant 2 is routed via the heat exchanger 20 and the electric drive machine 10. 1 shows the situation in which the cooling liquid 2 is first routed from the pump 30 to the heat exchanger 20 and is then routed from the heat exchanger 20 to the electrical machine 10, from which the cooling liquid 2 is in turn routed into the cooling liquid reservoir 60.

Diese Schaltung ermöglicht eine sehr effiziente Kühlung der elektrischen Antriebsmaschine 10 aufgrund der Zuführung gekühlter Kühlflüssigkeit 2 vom Wärmeübertrager 20 in die elektrische Antriebsmaschine 10. Insbesondere bei hohen Außentemperaturen und/oder bei hohen Leistungsanforderungen an die elektrische Antriebsmaschine 10 lässt sich diese dadurch in einem optimalen Temperaturbereich und demzufolge mit einem optimalen Wirkungsgrad betreiben.This circuit enables very efficient cooling of the electric drive machine 10 due to the supply of cooled coolant 2 from the heat exchanger 20 to the electric drive machine 10. In particular at high outside temperatures and/or when there are high performance requirements for the electric drive machine 10, this can be kept in an optimal temperature range and therefore operate with optimum efficiency.

Wird das Zweiwegeventil 50 umgeschaltet, so wie es in 2 dargestellt ist, so fördert die Pumpe 30 Kühlflüssigkeit 2 wiederum zum Zweiwegeventil 40, von dem die Kühlflüssigkeit zuerst zur elektrischen Antriebsmaschine 10 geleitet wird und von der elektrischen Antriebsmaschine 10 dann zum Wärmeübertrager 20 geleitet wird. Vom Wärmeübertrager 20 wird die Kühlflüssigkeit 2 wiederum über das Zweiwegeventil 40 zurück in das Kühlflüssigkeits-Reservoir 60 geführt.If the two-way valve 50 is switched over, as is shown in 2 is shown, the pump 30 conveys coolant 2 in turn to the two-way valve 40, from which the coolant is first routed to the electric drive machine 10 and then from the electric drive machine 10 to the heat exchanger 20. From the heat exchanger 20 the cooling liquid 2 is in turn fed back into the cooling liquid reservoir 60 via the two-way valve 40 .

Diese Schaltung ermöglicht eine schnelle und effiziente Erwärmung der elektrischen Antriebsmaschine 10, da die elektrische Antriebsmaschine 10 zunächst Kühlflüssigkeit 2 aus dem Kühlflüssigkeits-Reservoir 60 erhält, welches üblicherweise eine höhere Temperatur aufweist als Kühlflüssigkeit 2, die den Wärmeübertrager 20 verlässt. Dadurch kann insbesondere bei geringen Außentemperaturen und bei einem Kaltstart der elektrischen Antriebsmaschine 10 die elektrische Antriebsmaschine 10 schnell auf einen optimalen Temperaturbereich gebracht werden.This circuit enables the electric drive machine 10 to be heated quickly and efficiently, since the electric drive machine 10 initially receives cooling liquid 2 from the cooling liquid reservoir 60 , which usually has a higher temperature than cooling liquid 2 which leaves the heat exchanger 20 . As a result, the electric drive machine 10 can be quickly brought to an optimal temperature range, particularly at low outside temperatures and when the electric drive machine 10 is started from cold.

Zudem ermöglicht diese Schaltung, ein über einen Anschluss 71 am Wärmeübertrager 20 angeschlossenes weiteres Aggregat 70 mit einem zweiten Fluid 72 zu erwärmen. Dieses zweite Fluid 72 ist ein Medium, auf welches Wärme von der Kühlflüssigkeit 2 im Wärmeübertrager 20 übertragen wird. Ein solches weiteres Aggregat 70 kann zum Beispiel ein Getriebe eines mit dem elektrischen Antriebssystem 10 ausgestatteten Kraftfahrzeugs sein. Dadurch wird ein erfindungsgemäßes Temperierungssystem realisiert.In addition, this circuit makes it possible to heat a further unit 70 connected to the heat exchanger 20 via a connection 71 with a second fluid 72 . This second fluid 72 is a medium to which heat is transferred from the cooling liquid 2 in the heat exchanger 20 . Such a further assembly 70 can be, for example, a transmission of a motor vehicle equipped with the electric drive system 10 . As a result, a temperature control system according to the invention is realized.

Derart lässt sich bei einem Kaltstart der elektrischen Antriebsmaschine auch ein weiteres Aggregat 70 schnell auf eine gewünschte oder benötigte Temperatur bringen, um mit höherer Effizienz betrieben werden zu können.In this way, when the electric drive machine is started cold, another unit 70 can also be quickly brought to a desired or required temperature in order to be able to operate with greater efficiency.

3 zeigt eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems 1. Auch diese Ausführungsform umfasst eine elektrische Antriebsmaschine 10 sowie damit in einem gemeinsamen Strömungspfad 15 verbunden einen Wärmeübertrager 20. Des Weiteren weist dieses elektrische Antriebssystem 1 auch eine Pumpe 30 auf. Diese Pumpe 30 ist hinsichtlich ihrer Förderrichtung umschaltbar, sodass mit der Pumpe 30 eine erste Strömungsrichtung 41 der Kühlflüssigkeit 2 realisierbar ist, oder eine zweite Strömungsrichtung 42 der Kühlflüssigkeit 2 realisierbar ist. An den Strömungspfad 15 sind hier beidseitig der Pumpe 30 ein erstes Rückschlagventil 80 sowie ein erstes Überdruckventil 81, sowie ein zweites Rückschlagventil 82 und ein zweites Überdruckventil 83 angeschlossen. Diese Ventile sind strömungstechnisch mit einem Kühlflüssigkeits-Reservoir 60 verbunden. Beim Betrieb der Pumpe 30 mit Förderung der Kühlflüssigkeit 2 entlang der ersten Strömungsrichtung 41 wird über das erste Rückschlagventil 80 Kühlflüssigkeit 2 aus dem Kühlflüssigkeits-Reservoir 60 gefördert und dem Wärmeübertrager 20 zugeführt. Vom Wärmeübertrager 20 gelangt die Kühlflüssigkeit 2 an die elektrische Antriebsmaschine 10, und von dieser wird die Kühlflüssigkeit 2 über das erste Überdruckventil 81 wiederum an das Kühlflüssigkeits-Reservoir 60 zurückgeführt. 3 shows an alternative embodiment of the electric drive system 1 according to the invention. This embodiment also includes an electric drive machine 10 and a heat exchanger 20 connected thereto in a common flow path 15 . This electric drive system 1 also has a pump 30 . This pump 30 can be switched over with regard to its conveying direction, so that a first flow direction 41 of the cooling liquid 2 can be implemented with the pump 30 or a second flow direction 42 of the cooling liquid 2 can be implemented. A first check valve 80 and a first pressure relief valve 81 , as well as a second check valve 82 and a second pressure relief valve 83 are connected to the flow path 15 on both sides of the pump 30 . These valves are fluidically connected to a coolant reservoir 60 . During operation of the pump 30 with delivery of the cooling liquid 2 along the first flow direction 41 , cooling liquid 2 is delivered from the cooling liquid reservoir 60 via the first check valve 80 and fed to the heat exchanger 20 . From the heat exchanger 20, the cooling liquid 2 reaches the electric drive machine 10, and from this the cooling liquid 2 via the first transfer pressure valve 81 in turn returned to the coolant reservoir 60.

Wird die Pumpe 30 in ihrer Betriebsrichtung umgekehrt, so wird Kühlflüssigkeit 2 aus dem Kühlflüssigkeits-Reservoir 60 über das zweite Rückschlagventil 82 gefördert und entlang der zweiten Strömungsrichtung 42 zunächst der elektrischen Antriebsmaschine 10 zugeführt, von der es an den Wärmeübertrager 20 geleitet wird. Vom Wärmeübertrager 20 wird die Kühlflüssigkeit 2 wiederum über das zweite Überdruckventil 83 in das Kühlflüssigkeits-Reservoir 60 zurückgeführt.If the operating direction of pump 30 is reversed, cooling liquid 2 is conveyed from cooling liquid reservoir 60 via second check valve 82 and is first fed along second flow direction 42 to electric drive machine 10, from which it is routed to heat exchanger 20. From the heat exchanger 20 the cooling liquid 2 is in turn returned to the cooling liquid reservoir 60 via the second pressure relief valve 83 .

Beim Betrieb der Pumpe 30 zur Realisierung der ersten Strömungsrichtung 41 wird entsprechend der elektrischen Antriebsmaschine 10 von vom Wärmeübertrager 20 gekühlte Kühlflüssigkeit 2 zugeführt, um so die elektrische Antriebsmaschine 10 effizient zu kühlen und insbesondere bei hohen Leistungsanforderungen in einem optimalen Wirkungsbereich zu betreiben.When the pump 30 is operated to implement the first flow direction 41, the cooling liquid 2 cooled by the heat exchanger 20 is supplied to the electric drive machine 10 in order to cool the electric drive machine 10 efficiently and operate it in an optimum range of action, particularly in the case of high power requirements.

Beim Betrieb der Pumpe 30 zur Realisierung der zweiten Strömungsrichtung 42 wird der elektrischen Antriebsmaschine 10 vergleichsweise wärmere Kühlflüssigkeit 2 aus dem Kühlflüssigkeits-Reservoir 60 zugeführt, sodass die elektrische Antriebsmaschine 10 innerhalb kurzer Zeit eine gewünschte Betriebstemperatur erreichen kann. Insbesondere in dieser Schaltstellung wird es zudem ermöglicht, dass über einen Anschluss 71 am Wärmeübertrager 20 ein zweites Fluid 62 einem weiteren Aggregat 70, wie zu Beispiel einem Getriebe, zugeführt wird. Aufgrund des verstärkten Wärmeeintrags von der Kühlflüssigkeit 2 in den Wärmeübertrager 20 lässt sich entsprechend auch das angeschlossene weitere Aggregat 70 effizient und in kürzerer Zeit erwärmen.When the pump 30 is operated to implement the second flow direction 42, the electric drive machine 10 is supplied with comparatively warmer cooling liquid 2 from the cooling liquid reservoir 60, so that the electric drive machine 10 can reach a desired operating temperature within a short time. In this switching position in particular, it is also possible for a second fluid 62 to be supplied to a further unit 70, such as a transmission, via a connection 71 on the heat exchanger 20. Due to the increased heat input from the cooling liquid 2 into the heat exchanger 20, the connected additional unit 70 can also be heated efficiently and in a shorter time.

Mit dem hier vorgeschlagenen elektrischen Antriebssystem sowie mit dem Temperierungssystem werden Einrichtungen zur Verfügung gestellt, mit denen in flexibler Weise optimale Temperaturbereiche einer elektrischen Antriebsmaschine und/ oder angeschlossener Aggregate zwecks deren effizienter Betriebsweise erreichbar sind.With the electric drive system proposed here and with the temperature control system, devices are made available with which optimal temperature ranges of an electric drive machine and/or connected units can be achieved in a flexible manner for the purpose of their efficient operation.

BezugszeichenlisteReference List

11: Elektrisches AntriebssystemElectric propulsion system
22: Kühlflüssigkeitcoolant
1010: elektrische Antriebsmaschineelectric drive machine
1515: Strömungspfadflow path
2020: Wärmeübertragerheat exchanger
3030: Pumpepump
3131: Förderrichtungconveying direction
4040: Umschalteinrichtungswitching device
4141: Erste StrömungsrichtungFirst flow direction
4242: Zweite StrömungsrichtungSecond direction of flow
5050: Zweiwegeventiltwo-way valve
5151: Elektromagnetelectromagnet
6060: Kühlflüssigkeits-Reservoircoolant reservoir
7070: Aggregataggregate
7171: AnschlussConnection
7272: zweites Fluidsecond fluid
8080: erstes Rückschlagventilfirst check valve
8181: erstes Überdruckventilfirst pressure relief valve
8282: zweites Rückschlagventilsecond check valve
8383: zweites Überdruckventilsecond pressure relief valve

Claims

Temperature control system for a motor vehicle, which has: at least one electric drive system (1) with at least one electric drive machine (10) that can be cooled with a cooling liquid (2), a heat exchanger (20) fluidically connected to the electric drive machine (10) and a switching device (40) with which the flow direction of the cooling liquid (2) can be switched over in a flow path (15) between the heat exchanger (20) and the electric drive machine (10) in such a way that, depending on switching of the switching device (40), the cooling liquid either flows from the heat exchanger (20) to the electric machine (10) or from the electrical machine (10) to the heat exchanger (20), and at least one unit (70) to be temperature-controlled, connected to the heat exchanger 20 via a connection (71), which can be heated with a second fluid (72) to which heat is transferred from the cooling liquid (2) in the heat exchanger (20).

Temperature control system for a motor vehicle claim 1 , characterized in that the electric drive system (1) has a pump (30) for generating flow of the cooling liquid (2) along the flow path (15).

Temperature control system for a motor vehicle claim 2 , characterized in that a delivery direction (31) of the pump (30) is reversible, so that it fulfills the function of the switching device (40).

Temperature control system for a motor vehicle claim 2 or 3 , characterized , that the heat exchanger (20) is arranged along the flow path (15) between the pump (30) and the electric drive machine (10).

Temperature control system for a motor vehicle according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the switching device (40) is designed as a two-way valve (50).

Temperature control system for a motor vehicle according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the switching device (40) is set up to block the flow path (15).

Temperature control system for a motor vehicle according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the electric drive system (1) has a coolant reservoir (60) which is fluidically connected to the heat exchanger (20) and the electric drive machine (10).

Temperature control system for a motor vehicle claim 7 , characterized in that the electric drive machine (10) is arranged along the flow path (15) between the heat exchanger (20) and the coolant reservoir (60).

Temperature control system for a motor vehicle according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the unit to be tempered (70) is a gear.